单片机软件分层设计 · 课程目录

第1章分层设计思想入门

什么是分层架构？为什么单片机软件需要分层？核心原则：高内聚、低耦合。

第2章裸机编程的痛点

传统前后台系统缺陷、代码复用性差、可维护性低、模块间耦合严重。

第3章分层架构基础

硬件抽象层(HAL)概念与作用、中间层定位、应用层职责。

第4章硬件抽象层(HAL)设计

GPIO、UART、I2C、SPI外设HAL接口封装，通用HAL API设计。

第5章 HAL层实战 · STM32通用GPIO

支持输入、输出、中断、复用功能，编写通用驱动。

第6章中间层设计

协议栈(Modbus/CANopen)、文件系统(FatFS)、RTOS(FreeRTOS)封装与适配。

第7章中间层实战 · 环形缓冲区

封装Ring Buffer用于UART接收，解决数据粘包问题。

第8章应用层设计

业务逻辑与硬件解耦、状态机模式、事件驱动架构。

第9章应用层实战 · 按键状态机

按键消抖与长按/短按检测模块，状态机实现。

第10章接口与抽象

C语言面向对象思想、结构体函数指针多态、接口隔离原则。

第11章接口实战 · 统一传感器驱动

设计通用传感器接口，支持温度、湿度、压力等。

第12章模块化编程

.h/.c职责划分、头文件规范、防止重复包含(#pragma once)。

第13章模块化实战 · BSP统一管理

LED、按键、蜂鸣器独立模块，板级支持包(BSP)封装。

第14章依赖注入

依赖注入概念，单片机实现方式，降低模块耦合技巧。

第15章依赖注入实战 · 回调解耦

通过回调函数实现UART接收模块与业务逻辑解耦。

第16章配置管理

结构体模块配置、默认/用户参数分离、EEPROM/Flash存储。

第17章配置管理实战 · 系统参数模块

参数读取、修改、保存、恢复出厂设置。

第18章错误处理与日志

统一错误码、断言assert、轻量级日志系统(等级过滤)。

第19章错误处理实战 · HAL层容错

I2C通信失败自动重试，错误检测与恢复机制。

第20章单元测试基础

单片机单元测试意义、Ceedling/Unity框架、Mock对象。

第21章单元测试实战 · 环形缓冲区测试

覆盖正常、边界与异常情况的测试用例。

第22章代码复用与移植

跨平台代码设计、条件编译#ifdef、编译器抽象层。

第23章代码复用实战 · HAL移植

STM32 HAL层移植到GD32/AT32，步骤与常见问题。

第24章 RTOS与分层

FreeRTOS任务划分、任务间通信(队列/信号量/事件组)与分层结合。

第25章 RTOS实战 · 集成FreeRTOS

传感器采集、数据处理、通信分别封装为独立任务。

第26章设计模式在单片机中的应用

观察者模式(事件广播)、命令模式(指令解析)、单例模式(硬件管理器)。

第27章设计模式实战 · 按键事件分发

观察者模式实现多模块监听按键事件。

第28章大型项目架构实战(上)

智能家居网关需求分析、模块划分、接口定义、架构图。

第29章大型项目架构实战(下)

代码实现与调试，工程目录结构、关键代码、运行结果。

第30章总结与进阶

分层设计核心要点、学习资源、未来趋势(MCU微服务)。